本實(shí)用新型涉及水輪發(fā)電機(jī)組停機(jī)狀態(tài)蠕動(dòng)檢測(cè)問(wèn)題，屬于機(jī)械量測(cè)量領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

水輪發(fā)電機(jī)組在停機(jī)狀態(tài)下，由于導(dǎo)葉關(guān)閉不嚴(yán)，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪受水流沖擊，使機(jī)組緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)，即蠕動(dòng)。機(jī)組蠕動(dòng)又稱(chēng)為爬行，這種運(yùn)動(dòng)非常緩慢，人眼難以在短時(shí)間分辨。蠕動(dòng)現(xiàn)象屬于水利機(jī)械故障范疇，對(duì)機(jī)組軸承危害較大。機(jī)組在停機(jī)后，軸瓦間隙的油膜逐漸消失，機(jī)組蠕動(dòng)，軸瓦處于干摩擦狀態(tài)，如果蠕動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，容易導(dǎo)致接觸面劃傷，摩擦系數(shù)增大，在機(jī)組重新起動(dòng)后，軸承易燒損，使機(jī)組因故停機(jī)，檢修工作量大，費(fèi)用高。由此可見(jiàn)，機(jī)組蠕動(dòng)現(xiàn)象具有隱蔽性，不易察覺(jué)，卻給機(jī)組安全運(yùn)行帶來(lái)了極大的隱患。因此，有必要對(duì)機(jī)組蠕動(dòng)故障進(jìn)行檢測(cè)，及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并采取措施，消除蠕動(dòng)可能帶來(lái)的危害。

常用的水輪機(jī)組蠕動(dòng)檢測(cè)方法有PT殘壓法、機(jī)械靠輪法、摩擦桿氣動(dòng)法。PT殘壓法需要檢測(cè)蠕動(dòng)產(chǎn)生的電壓波動(dòng)，信號(hào)微弱，信噪比低，檢測(cè)有一定的困難。機(jī)械靠輪法通過(guò)靠輪與機(jī)組大軸接觸，靠輪上連接有旋轉(zhuǎn)編碼器，大軸蠕動(dòng)帶來(lái)靠輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器可以檢測(cè)到角度變化。摩擦桿氣動(dòng)法是通過(guò)與大軸接觸的摩擦桿帶動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)蠕動(dòng)變化。這兩種方法都是通過(guò)接觸式方法檢測(cè)蠕動(dòng)，對(duì)機(jī)組大軸有一定程度的磨損，并且長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，大軸和靠輪(或摩擦桿)之間易引起相對(duì)滑動(dòng)，這樣就不能有效檢測(cè)出蠕動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型目的是為了解決水輪機(jī)組在停機(jī)狀態(tài)下蠕動(dòng)檢測(cè)問(wèn)題，提供了一種光電成像式水輪機(jī)組蠕動(dòng)檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。

本實(shí)用新型所述的蠕動(dòng)檢測(cè)裝置，它包括成像照明光源，與水輪機(jī)大軸連接一起的齒盤(pán)，成像透鏡，光闌，面陣CCD以及圖像采集處理單元。照明光源從一側(cè)照射于齒盤(pán)，齒盤(pán)通過(guò)另一側(cè)的光路系統(tǒng)成像于面陣CCD，面陣CCD產(chǎn)生的齒盤(pán)圖像由圖像處理單元識(shí)別，并由此判定齒盤(pán)位置變化，從而有效檢測(cè)蠕動(dòng)情況。

本實(shí)用新型所述的蠕動(dòng)檢測(cè)方法，它包括以下步驟：

(1)照明光源從一側(cè)照射于齒盤(pán)，齒盤(pán)經(jīng)另一側(cè)的成像透鏡和光闌成像于面陣CCD；

(2)面陣CCD的圖像由圖像采集處理單元采集；

(3)圖像采集處理單元完成齒盤(pán)圖像處理及蠕動(dòng)檢測(cè)。

其中步驟(3)檢測(cè)過(guò)程為：在初始處理執(zhí)行中，在整幅圖像中搜索定位凸齒的邊沿；在定位完成后，以定位的邊沿設(shè)置一ROI區(qū)域(感興趣區(qū))，后續(xù)的每次圖像邊緣檢測(cè)都在ROI區(qū)域進(jìn)行；在每次檢測(cè)到凸齒的邊沿后，又以新的邊沿重新設(shè)置ROI，為下一次邊緣檢測(cè)做準(zhǔn)備；在ROI區(qū)域檢測(cè)邊緣后，要提取邊緣直線，由此可以確定該直線的直角坐標(biāo)系方程，并計(jì)算直線斜率；由直線斜率的變化判斷蠕動(dòng)情況并輸出結(jié)果。

本實(shí)用新型所提供的水輪機(jī)組蠕動(dòng)檢測(cè)裝置及方法，通過(guò)光學(xué)成像方式可以檢測(cè)齒盤(pán)位置變化，檢測(cè)途徑直接可靠；屬于非接觸測(cè)量，不會(huì)對(duì)機(jī)組大軸產(chǎn)生劃傷，不會(huì)對(duì)機(jī)組產(chǎn)生任何影響。無(wú)論立式或臥式安裝的水輪機(jī)組，其大軸都密閉安裝，所以照明光源條件好，無(wú)其它雜散光干擾；水輪機(jī)組一般都安裝齒盤(pán)，通過(guò)安裝于外部支架上的轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)機(jī)組轉(zhuǎn)速。本實(shí)用新型的檢測(cè)裝置可以與轉(zhuǎn)速傳感器共用同一支架，不會(huì)產(chǎn)生額外資源占用。

附圖說(shuō)明

圖1是水輪機(jī)組蠕動(dòng)檢測(cè)裝置構(gòu)成圖；

圖2是蠕動(dòng)檢測(cè)齒盤(pán)結(jié)構(gòu)圖；

圖3是蠕動(dòng)檢測(cè)裝置安裝支架圖；

圖4是齒盤(pán)圖像處理原理圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1、圖2、圖3，一種光電成像式水輪機(jī)組蠕動(dòng)檢測(cè)裝置具體實(shí)施方式包括：

具體實(shí)施方式一、光電成像式水輪機(jī)組蠕動(dòng)檢測(cè)裝置，它包括成像照明光源(1)，與水輪機(jī)大軸連接一起的齒盤(pán)(2)，成像透鏡(3)，光闌(4)，面陣CCD(5)以及圖像采集處理單元(6)，如圖1所示。照明光源(1)采用背光式照明，齒盤(pán)(2)與機(jī)組大軸同軸安裝，光源(1)從齒盤(pán)(2)一側(cè)照射于齒盤(pán)(2)邊沿分布的凸齒。在齒盤(pán)(2)另一側(cè)，齒盤(pán)(2)邊沿分布的凸齒由成像透鏡(3)和光闌(4)成像于面陣CCD(5)。光闌(4)設(shè)在透鏡(3)的像方焦平面處，為系統(tǒng)的孔徑光闌，形成了物方遠(yuǎn)心光路。透鏡(3)、光闌(4)、面陣CCD(5)同軸安裝，并垂直于機(jī)組大軸。圖像采集處理單元(6)采集面陣CCD(5)圖像，并進(jìn)行處理得出相應(yīng)檢測(cè)結(jié)果。圖像采集處理單元可由FPGA+DSP架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)PGA完成圖像的實(shí)時(shí)采集，DSP完成圖像處理算法和檢測(cè)結(jié)果輸出。

具體實(shí)施方式二、如圖2所示，齒盤(pán)(7)一周由60個(gè)凸齒(8)組成，每個(gè)凸齒(8)所占角度為3°。齒盤(pán)(7)每個(gè)凸齒(8)的兩條邊沿延長(zhǎng)線通過(guò)齒盤(pán)(7)的圓心，齒盤(pán)(7)外徑由水輪機(jī)組大軸直徑?jīng)Q定，通過(guò)安裝孔(9)與機(jī)組大軸法蘭連接一起。該齒盤(pán)(7)也可用于機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)量。

具體實(shí)施方式三、對(duì)于機(jī)組蠕動(dòng)檢測(cè)裝置的安裝，可以與機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置安裝于同一支架(11)，如圖3所示，構(gòu)成一個(gè)組合式測(cè)量系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速傳感器(12)位于支架(11)的中部，通過(guò)磁電式傳感器，檢測(cè)齒盤(pán)(10)上凸齒所產(chǎn)生的脈沖。蠕動(dòng)檢測(cè)裝置(13)安裝于支架(11)的兩側(cè)。在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)工作過(guò)程中，由轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)速，在停機(jī)狀態(tài)下，由蠕動(dòng)檢測(cè)裝置檢測(cè)機(jī)組蠕動(dòng)情況。

結(jié)合圖1、圖2、圖4，一種光電成像式水輪機(jī)組蠕動(dòng)檢測(cè)方法及原理為：

1、齒盤(pán)(2)與機(jī)組大軸剛性連接，照明光源(1)從齒盤(pán)(2)一側(cè)照射于齒盤(pán)(2)，齒盤(pán)(2)經(jīng)另一側(cè)的透鏡(3)和光闌(4)成像于面陣CCD(5)。由于齒盤(pán)邊沿均勻間隔分布著凸齒(8)和凹槽，凸齒(8)遮擋光線，其在面陣CCD(5)上形成暗帶；凹槽透過(guò)光線，其在面陣CCD(5)上形成亮帶。通過(guò)圖像處理檢測(cè)暗帶邊緣的位置變化，也即可以有效檢測(cè)機(jī)組蠕動(dòng)情況。光闌(4)安裝于透鏡(3)的像方焦平面處，形成物方遠(yuǎn)心光路，遠(yuǎn)心光路可以有效減小被測(cè)物體沿光軸方向的位置變動(dòng)帶來(lái)的測(cè)量誤差。

2、齒盤(pán)圖像由圖像采集處理單元(6)采集。

3、對(duì)于齒盤(pán)的圖像，如圖4，處理過(guò)程如下。通過(guò)圖像處理邊緣檢測(cè)的方法識(shí)別凸齒邊沿(15)，由邊緣點(diǎn)擬合直線，即代表凸齒邊沿(15)所在直線。初始過(guò)程中，在整幅圖像中搜索定位凸齒邊沿(15)，定位一個(gè)凸齒(16)的相應(yīng)一邊(15)即可。在以后的檢測(cè)處理中，以該邊上的一點(diǎn)為中心設(shè)置ROI區(qū)域(14)，接下來(lái)的處理即檢測(cè)、計(jì)算ROI(14)中的邊沿(15)直線斜率、角度。由新檢測(cè)到的直線重新設(shè)置下一次檢測(cè)的ROI區(qū)域(14)，這樣使ROI(14)動(dòng)態(tài)設(shè)置，ROI區(qū)域(14)隨著邊沿(15)直線變化。由于蠕動(dòng)發(fā)生緩慢，在下一次檢測(cè)中邊沿(15)不會(huì)超出所設(shè)置的ROI區(qū)域(14)。上述處理可以保證始終檢測(cè)的是同一條邊沿(15)直線斜率的變化情況。

齒盤(pán)的設(shè)計(jì)要求凸齒邊沿(15)的延長(zhǎng)線通過(guò)齒盤(pán)的圓心，檢測(cè)出該邊沿(15)所表示的直線，即可以求出直線的斜率k和角度α，如下式，其中(x₁,y₁)和(x₂,y₂)分別為直線上兩點(diǎn)的坐標(biāo)。通過(guò)計(jì)算直線角度的變化Δα＝α₂-α₁，即可得出齒盤(pán)位置的變化情況，判斷出是否有蠕動(dòng)情況發(fā)生。

本實(shí)用新型具有以下優(yōu)勢(shì)：傳統(tǒng)的PT殘壓法測(cè)蠕動(dòng)，通過(guò)測(cè)量電壓的變化檢測(cè)蠕動(dòng)，信號(hào)微弱，干擾大，信噪比低。本方法直接測(cè)量機(jī)組蠕動(dòng)產(chǎn)生的齒盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，信號(hào)直接穩(wěn)定，并且機(jī)組密閉安裝，無(wú)干擾光源，所以信噪比高。傳統(tǒng)的機(jī)械靠輪法、摩擦桿氣動(dòng)法等，屬于接觸式測(cè)量，容易對(duì)機(jī)組大軸產(chǎn)生劃傷，并且長(zhǎng)期運(yùn)行容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，不能有效檢測(cè)蠕動(dòng)。本方法屬于非接觸測(cè)量，不會(huì)對(duì)機(jī)組產(chǎn)生任何影響，齒盤(pán)與大軸剛性連接，可以可靠檢測(cè)蠕動(dòng)。再有，本方法可以與機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置共用一個(gè)齒盤(pán)和安裝支架，附加件少，不會(huì)占用額外資源。